Diamenty to najlepsi przyjaciele wirusologów
Wolne rodniki to cząsteczki z co najmniej jednym niesparowanym elektronem na powłoce zewnętrznej, które charakteryzują się mniejszą stabilnością i większą reaktywnością. Najczęściej są to reaktywne formy tlenu i reaktywne formy azotu, które w niskich stężeniach mają korzystny wpływ na niektóre procesy komórkowe, takie jak odpowiedzi odpornościowe. Na przykład fagocyty uwalniają wolne rodniki w ramach mechanizmu obronnego organizmu, aby zwalczyć patogeny. Tlenek azotu pełni rolę komunikatora międzykomórkowego w ważnych kaskadach sygnalizacji komórkowej i może modulować przepływ krwi. Istnieją jednak sprzeczne informacje na temat roli wolnych rodników w patogenności wirusa, co tworzy potrzebę przeprowadzenia szczegółowej analizy ich kinetyki w zakażeniach wirusowych z zastosowaniem wysokiej rozdzielczości przestrzenno-czasowej.
Magnetometria diamentowa do pomiaru wolnych rodników
Zespół projektu MagnetoVirology realizowanego przy wsparciu z programu działań „Maria Skłodowska-Curie” zbadał interakcje wolnych rodników z wirusami, koncentrując się na wirusie gorączki lasu Semliki spotykanym zazwyczaj w Afryce. „Naszym głównym celem był pomiar stężenia wolnych rodników w przypadku zakażenia wirusowego za pomocą niezwykle obiecującej metody magnetometrii diamentowej”, wyjaśnia Romana Schirhagl, która kierowała projektem na Wydziale Inżynierii Biomedycznej Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Groningen. Proponowana technika opiera się na właściwościach diamentów: konwencjonalnie składają się one z atomów węgla, z których każdy jest połączony z czterema innymi atomami tego pierwiastka, tworząc sieć krystaliczną. W wyniku zastąpienia węgla atomem azotu i usunięciem sąsiadującego z nim węgla powstaje centrum azot–wakancja (ang. nitrogen–vacancy, NV), które może znaleźć zastosowanie w rozwiązaniach biomedycznych. Ma ono właściwości optyczne i może być wzbudzane zielonym światłem laserowym, aby emitować czerwone światło. Intensywność luminescencji cząstek diamentu zależy od liczby centrów NV. Wolne rodniki są nietrwałe i reaktywne, co utrudnia ich pomiar przy pomocy konwencjonalnych technik. „Magnetometria diamentowa oferuje niezrównaną czułość i rozdzielczość, a także możliwość prowadzenia długotrwałych pomiarów w czasie rzeczywistym i wizualizacji obciążenia komórki wirusem”, podkreśla Schirhagl.
Ocena i diagnoza w żywych komórkach
Naukowcom udało się zbadać wolne rodniki w zakażonych komórkach in vitro i rozpoznać typy zakażeń na podstawie próbek płynu maziowego pobranych od pacjentów z zapaleniem stawów. W przyszłości zespół skupiać się będzie na wdrożeniu magnetometrii diamentowej w badaniach mających na celu ocenę stopnia zaawansowania wirusowego zakażenia płuc. Projekt MagnetoVirology jako pierwszy udowadnia, że technologia ta może być z powodzeniem wykorzystywana w wirusologii, otwierając drogę do nowych zastosowań w medycynie i przemyśle farmaceutycznym. Schirhagl zauważa: „Sama technika jest nowa i dostosowanie jej, tak by działała w środowisku biologicznym, gdzie nasze czujniki stale się poruszają, stanowiło nie lada wyzwanie”. Diamond Sense, firma spin-off związana z projektem, zajmuje się dalszym udoskonalaniem tej technologii i dąży do wprowadzenia magnetometrii diamentowej w sektorze diagnostycznym. Podejście to może nie tylko pomóc w lepszym zrozumieniu chorób, ale także badaniu wpływu wirusa lub reakcji na lek. Firmy farmaceutyczne mogą wykorzystywać je także do rozwoju leków, aby wiązać ich skuteczność ze stężeniem wolnych rodników w zakażonych komórkach.
Słowa kluczowe
MagnetoVirology, magnetometria diamentowa, wirus, wirusowy, zakażenie, wolne rodniki
